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Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada Bolivariana
Departamento de Ingeniería Petroquímica
Laboratorio de Operaciones Unitarias II
Núcleo – Zulia
Sección: 07IPED-02
Practica n#1 Caracterización de Mezclas Complejas
Equipo # 9
Barrios Isaías
Cárdenas Javier
Flores Solmaira
Sánchez Sigilfredo
Profesora: Norelis Bello
Maracaibo, 1 de Noviembre del 2012
INDICE
Contenido
INTRODUCCIÓN.
1. FUNDAMENTO TEÓRICO. MEZCLAS COMPLEJAS.
DESTILACIÓN ASTM D-86.
TEMPERATURA ASTM.
DESTILACIÓN TBP.
DESTILACIÓN EFV.
CARACTERIZACIÓN DEL PETRÓLEO Y SUS FRACCIONES.
INTERRELACIONES ENTRE LAS CURVAS DE DESTILACION ASTM, TBP y
EFV.
FACTOR ACÉNTRICO.
PESO MOLECULAR.
FACTOR DE CARACTERIZACIÓN DE WATTSON.
RELACIÓN CARBONO – HIDROGENO.
PUNTO DE ANILINA.
2. DATOS EXPERIMENTALES
3. RESULTADOS EXPERIMENTALES
3.1. -TABLAS
3.2. GRAFICA.
4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
5. CONCLUSIONES.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.
7. ANEXOS.
8. APENDICE.
INTRODUCCIÓN.
La Importancia de la caracterización de las mezclas complejas viene dada
porque a través de ella es posible determinar las propiedades y poder conocer el tipo
de producto final.
Esta información puede ser obtenida mediante cálculos experimentales como el de la
destilación ASTM, Las destilaciones de punto de ebullición real, la vaporización
instantánea de equilibrio, el punto de anilina, el factor acéntrico, la relación carbono e
hidrogeno y el peso Molecular de la mezcla para luego proceder a realizar una
comparación entre compuestos que posean una semejanza en cuanto a los valores
establecidos de las propiedades.
El objetivo de la siguiente practica lograr caracterizar la mezcla compleja
establecida principalmente por medio del método de destilación ASTM.
FUNDAMENTOS TEORICOS.
MEZCLAS COMPLEJAS:
Una mezcla compleja es una mezcla en el que el número de átomos de carbono
en los componentes, puede variar desde 1 hasta 50, por consiguiente los compuestos
pueden tener temperatura de ebullición, a presión atmosférica que varían entre - 162°C
hasta más de 538°C.
DESTILACIÓN ASTM D-86:
Este tipo de destilación son muy sencillas y económicas y requieren menos
esfuerzos, estos métodos de ensayos normalizados permiten determinar a través de
resultados y correlaciones adecuadas las características del crudo, esto permite hacer
una evaluación rápida y económica de los productos y permite a su vez clasificar y
comparar resultados bajos los criterios de repetitividad que ya se encuentran
expresados en la norma.
TEMPERATURA ASTM.
Es la temperatura obtenida al recoger cada uno de los porcentajes de
evaporización de interés, durante la prueba ASTM D-86.se calcula mediante la
siguiente ecuación
Donde;
T΄: es la temperatura de ensayo ASTM D86
T: Ttbp
a,b,c: coeficientes característicos de la fracción petrolífera
S: densidad relativa del corte petrolífero
Fig 1 Coeficientes característicos de las fracciones petrolíferas
DESTILACIÓN TBP:
Las destilaciones de punto de ebullición real encuentran muchas aplicaciones
durante los últimos años en la evaluación de los rendimientos de las diversas fracciones
que puedan encontrarse en los petróleos crudos.
La destilación TBP, nos permite definir las características de volatilidad de
fracciones ligeras de petróleo. En la destilación TBP el grado de separación es mayor
que la destilación ASTM, ya que el IBP es menor y el EP es más elevado que con
respecto al ASTM.
Las aplicaciones de las destilaciones de TBP en la tecnología del petróleo son:
El análisis de los crudos en lo que respecta a los rendimientos que pueden
obtenerse de productos comerciales.
El análisis teórico de los productos de fraccionamiento.
DESTILACIÓN EFV:
También conocida como vaporización instantánea de equilibrio, en este tipo de
separación el vapor y el líquido se mezclan a una determinada temperatura hasta que
se establece el equilibrio y se registra finalmente la cantidad vaporizada.
.
FACTOR ACÉNTRICO:
Es un parámetro necesario para calcular el factor de compresibilidad de un gas,
éste mide la desviación en la presión de vapor de un compuesto, respecto a gases
nobles como el criptón, xenón y argón (también llamados fluidos simples) para los
cuales el factor acéntrico toma el valor de cero.
El factor acéntrico mide la no-esfericidad de la molécula cuando se trata de
moléculas no polares, por ejemplo, hidrocarburos: un incremento en la longitud de la
cadena (aumento de la no-esfericidad) produce un apartamiento en el valor de la
presión reducida del compuesto. Como es lógico, este apartamiento es mínimo en
el metano entre los hidrocarburos.
PESO MOLECULAR:
El peso molecular es la suma de los pesos atómicos que entran en la fórmula
molecular de un compuesto.
El peso molecular para una mezcla de productos, como las encontradas en las
fracciones del petróleo se determina de la siguiente manera
M =∑∋.Mi∑∋¿¿
Donde (ni es el numero de moléculas de la especie y Mi es el peso molecular de
la especie).
FACTOR DE CARACTERIZACIÓN DE WATTSON
Dicho factor parte de la base de que la densidad de los hidrocarburos está
ligada a la relación H/C en su carácter químico y que su punto de ebullición está
relacionado con el número de átomos de carbono puede er calculado por la siguiente
ecuación.
Kuop=( T1.8
)
S
Donde:
T es la temperatura de ebullición en °K.
S es la densidad relativa estándar.
RELACIÓN CARBONO - HIDROGENO
Es una medida de la proporción de átomos de carbono que existe en un
compuesto químico o mezcla con respecto al número de átomos de hidrogeno que este
presenta. La relación entre los átomos de hidrógeno (H) y los de carbono (C) que
contiene un combustible es muy importante a la hora de reducir las emisiones de CO2
en el origen, es decir, que dependiendo del combustible que utilicemos, tendremos una
relación H/C diferente, ya que la composición en hidrógeno y carbono varía de un
combustible a otro.
PUNTO DE ANILINA
El punto de anilina de un aceite viene definido como la temperatura mínima a la
que, una mezcla a partes iguales de aceite y anilina, llega a solubilizarse totalmente.
Esta característica se determina por medio de un ensayo en el que se produce
una agitación entre el aceite y la anilina, controlando la temperatura y en condiciones
normalizadas.
Dada su estructura molecular cíclica, la anilina muestra mayor solubilidad hacia
los aceites aromáticos o nafténicos que hacia los parafínicos, de cadena abierta. Por
ello el punto de anilina orienta sobre la estructura de los hidrocarburos constituyentes
del aceite. Este punto de anilina nos da a conocer el grado de afinidad que posee la
muestra con compuestos orgánicos. Es una prueba muy útil en la evaluación de la
solvencia de las naftas del petróleo.
• La anilina es una amina aromática cuya temperatura de solubilidad es tanto
más baja cuanto más aromático sea el aceite.
• Cuanto más viscoso sea un aceite, a igual contenido en aromáticos (o grado de
refino), más elevado será el punto de anilina.
• En aceites de viscosidades similares, cuanto más aromático sea, más bajo será
su punto de anilina.
.- DATOS EXPERIMENTALES
TABLA 1.
Condiciones iníciales de operación de la columna.
VR
(Volumen Recuperado)%
T ASTM (oF)
0 410
5 496
10 510
30 540
50 565
70 585
90 630
95 655
98 695
100
TABLA 2.
Datos del sistema de destilación
DescripciónVolumen de la muestra (ml) ------------------------Volumen total recuperado (ml) 98Volumen final del residuo (ml) 1%Potencia inicial ------------------------Gravedad especifica (°API) 43,8
TABLA 3.
Conversión de las temperaturas ASTM, TBP y EFV a °K para realizar la grafica
(ASTM, TBP, EFV) VS %V Recuperación.
GRAFICA 1. Curvas de destilación
0 20 40 60 80 100 120450
500
550
600
650
700
f(x) = − 0.0027322566173172 x² + 0.64791455062061 x + 554.15210109167R² = 0.916274334314549
f(x) = 0.000106428321433573 x³ − 0.0185162670575662 x² + 1.7115893965028 x + 522.41168186569R² = 0.988006187618539
f(x) = 0.000563474120864646 x³ − 0.0853510055755843 x² + 4.3456371520657 x + 495.809172468576R² = 0.975165867735843
ASTMPolynomial (ASTM)Polynomial (ASTM)TPBPolynomial (TPB)EFVLogarithmic (EFV)Polynomial (EFV)
% Volumen de recuperacion
Tem
pera
tura
°K
TABLA 4.
% Volumen Recuperado
ASTM (°K) TBP (°K) EFV (°K)
0 483,15 518,71 547,875 527,59
10 538,7 544,82 568,9830 555,37 555,93 570,6550 569,26 574,26 578,4370 580,32 589,82 584,5490 605,37 604,26 590,0995 619,26
100 641,48 614,26 592,87
Propiedades críticas y seudocríticas, factor acéntrico, VABP, MABP, CABP,
WABP y MeABP
Descripción Resultado
Punto de ebullición promedio volumétrico [VABP]
(ºk)568.95
Punto de ebullición medio molar [MABP] (ºk) 575.37
Punto de ebullición promedio medio [MeABP] (ºk) 564.82
Punto de ebullición promedio critico [CABP] (ºk) 570.37
Punto de ebullición promedio en p [WABP] (ºk) 570.09
Temperatura seudo critica [Tpc] (ok) 752.59
Temperature critica [Tc] (ok ) 749.82
Presión seudo critica [Ppc] (psia) 394.82
TABLA 5.
Relación C/H, factor de Watson, punto de Anilina, peso molecular y factor
acéntrico.
Descripción Resultado
Relación C/H 6.6
Factor K de Watson (°K) 11.8
Punto de anilina (ok) 346.48
Peso molecular (Kg/Kmol) 238
Factor acéntrico 0.58
DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
Mediante los datos obtenidos de la destilación ASTM se pueden calcular una
serie de propiedades importantes para la fracción de crudo analizada tales como: Las
propiedades críticas de la fracción analizada , el peso molecular, la esfericidad de las
moléculas, el grado de instauración mediante la relación C/H, el punto de anilina ( el
cual da una idea de la aromaticidad) , el factor de caracterización de Wattson ( el cual
es un promedio de todas las constantes de equilibrio de los componentes de la fracción
analizada, indicando si el crudo es pesado, liviano, extra pesado).
Por medio de la grafica Temperatura ASTM Vs %V Recuperado, se muestra el comportamiento de una curva con una línea, de tendencia tipo polinomica de tercer grado, con una ecuación de ASTM y = = 0,0006x3 - 0,0854x2 + 4,3456x + 495,81 y su respectiva correlación lineal dada por R2 = 0,9752 el proceso es consistente, a medida que la temperatura de la mezcla aumenta los porcentajes de volúmenes aumentan debido a que a medida que los componentes de la mezcla se acercan a su punto de ebullición estos se separan fácilmente.
Con respecto las Temperaturas TBP y EFV Vs %V Recuperado, se puede observar un comportamiento casi proporcional del tipo polinomica, es decir que a medida que aumenta la temperatura también aumenta el porcentaje de volumen, el proceso es consistente ya que en teoría los procesos de destilación se llevan a cabo a temperaturas relativamente altas esto para lograr la total separación de los componentes puesto que en sus puntos de ebullición logran fácilmente separarse, en la grafica también se puede observar la línea de tendencia tipo polinomica de tercer grado con sus respectivas ecuaciones TBP y = 0,0001x3 - 0,0185x2 + 1,7116x + 522,41 y EFV y = 0,0027x2 + 0,6479x + 554,15 con sus correspondientes correlaciones lineales TBP R2 = 0,988 y EFV R2 = 0,9163, un poco lejano de 1, esto pudiera ser a que los datos calculados se obtuvieron a partir de graficas (clases) del ojo humano, es decir con un margen de error significativo.
La relación carbono/hidrogeno es relativamente alta lo que indica que presenta un
alto grado de instauración. El factor de Watson y el punto de la anilina nos indican que
tiene un bajo contenido de compuestos aromáticos y que tiene bajo poder como
disolvente ante plásticos, gomas, etc. Además este factor evidencia que se trata de un
compuesto de base Naftenica y según W.L, Nelson se encuentra dentro del rango del
peso molecular para las naftas pesadas.
CONCLUSION
Al cumplirse con los objetivos establecidos por la práctica de caracterización de
mezclas complejas. Se determino mediante los resultados de las propiedades del
punto de anilina, el factor de Watson, la relación carbono hidrogeno la temperatura
critica, la presión critica , pseudocritica y el factor acéntrico que la mezcla compleja
evaluada corresponde al grupo de naftenico ya que sus propiedades se encuentran
dentro del rango perteneciente a las propiedades de las naftas pesadas.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA.
Treybal, Robert. Operaciones de Transferencia de Masa. Editorial Mc. Graw Hill.
Segunda Edición. Mexico. 1988.
American Society for Testing and. Standard Test Method for Destilation of
Petroleum Products ASTM D Materials. Book of ASTM Standards86.
55289235-API-Technical-Data-Book-Petroleum-Refening-April-1997.PDF.
American Society for Testing and Materials. Book of ASTM Standards. Standard
Test Mthod ASTM D 287.
APÉNDICES
Cálculos Típicos
1.- convención de °F a °C para la construcción de la curva ASTM
°C= 5/9(°F−32)
°C= 5/9(410−32): 210°C
Conversión de °C a °K
°K= °C+273,15
°K= 210+273,15 = 483,15
2..-Calculo para ΔF
CON TASTM DE 50% EN °F ENTRAMOS EN LA FGR 3A1.1 CORTAMOS LA CURVA Y SE LEE ΔF
ΔF=9
3.- Calculo para TTBP
TTBP (50%): TASTM+ ΔF
TTBP (50%):565+9:574°F
ΔTASTM (30-50)=TASTM (50)-ASTM (30)
ΔTASTM (30-50):565-540=25 CON 25 SE CORTA LA FGR3A1.1 EN LA CURVA30 to 50 PARA LEER
ΔTASTM (30-50)=33
DE LA ECUACION ΔTTBP (30-50)=TTBP (50)-TTBP (30) SE DESPEJA
TTBP (30)= TTBP (50)- ΔTTBP (30-50)= 574-33= 541
ΔTASTM (50-70)=TASTM (70) - ASTM (50)
ΔTASTM (50-70)= 585-565=20 CON ESTE VALOR SE ENTRA A LA FGR 3ª1.1 SE CORTA LA CURVA 50 to 70 PARA LEER EL VALOR DE
ΔTASTM (50-70)=28
ΔTTBP (50-70)= TTBP (70)-TTBP (50)= SE DESPEJA
TTBP (70)= ΔTTBP (50-70) + TTBP (50)
TTBP (70)= 28+574=602 °F
4.- Cálculos para TEFV
Calculo de la pendiente
Xͫ (70-10)= TASTM (70 )−TASTM (10 )
70−10= 585−51070−10
Xͫ (70-10)=1,25
SE TRAZA UNA EN LA FGR 3B1.1 DESDE TASTM (50%) HASTA CORTAR LA CURVA 1.25 PARA DETERMINAR
ΔF=16,5
TEFV (50)= TASTM (50) + ΔF
TEFV (50)= 565+16,5 = 581,5
ΔTEFV (30-50)= ASTM (50)- ASTM (30) = 25
SE ENTRA EN LA FFGR 3B1.2 CON 25 SE CORTA LA CURVA 30 to 50 PARA LEER EL VALOR DE
ΔTEFV (30-50)= 14
ΔTEFV (30-50)= TEFV (50)-TEFV (30) SE DESPEJA
TEFV (30) = TEFV (50) - ΔTEFV (30-50) = 581,5- 14= 564,5
ΔTEFV (50-70)= TASTM70- TASTM50= 20
ΔTEFV (50-70)=11
TEFV (50-7) = TEFV (70) - TEFV (50)=
TEFV (70) = TEFV (50-70) + TEFV (50)=11+ 581,5= 592,5
5.- Calculo de los puntos de Ebullición
VABP=∑TASTMnTASTM
VABP=410+490+510+540+565+585+630+655+695
9= 564,44 SE REDONDEA
VABP=564
6.- Calculo para MABP
Xͫ (90-10)= TASTM (90 )−TASTM (10)
90−10= 630−51090−10
Xͫ (90-10)= 1,5
CON LA PENDIENTE 1,5 ENTRAMOS EN LA FGR 2B1.1 PARA CORTAR LA CURVA VABP PARA LEER LOS VALORES DE
ΔF RESPECTIVAMENTE
MABP= VABP+ ΔFMABP = 564+12
MABP=576
WABP=VABP+ ΔFWABP = 564+ 2,5
WABP=566,5
CABP= VABP+ ΔFCABP= 564+3
CABP= 567
MeABP = VABP + ΔFMeABP
MeABP= 557
6.- Calculo para las condiciones pseudocriticas
Con los °API = 34,8 Y EL VALOR DE MABP= 576 TRAZAMOS UNA RECTA EN LA FGR 4ª1.2 PARA LEER LA TEMPERATURA PSEUDOCRITICA
Tpc= 895°F
CON °API Y EL VALOR DE WABP= 566,5
Tc= 890°F
CON LOA °API 34,8 Y EL VALOR DE MeABP= 557 AL UNIR LOS PUNTOS en la FGR 4B1,2 SE PUEDE LEER QUE LA
Psc= 251psia
Con Los valores DE LOS ° API Y MeABP AL UNIR LOS PUNTOS EN LA FGR 2B2,1 PODEMOS DETERMINAR LOS VALORES DE
PESO MOLECULAR=238
PTO DE ANILINA= 164
FACTOR K= 11.8
RELACION C-H= 6.6
EN LA FGR 2B2,3 SE DETERMINA EL FACTOR ACENTRICO CON LA Tsc el VALOR CORRESPONDIENTE MABP Y LA Psc SE TRAZA UNA LINEA EN DIRECCIONES DIFERENTES COMO SE MUESTRA EN EL ANEXO PARA DETERMINAR EL FACTOR ACENTRICO .